ELEKTRISCHER SCHALTER

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Schalter werden für Elektrowerkzeuge mit einem Elektromotor, beispielsweise für handgeführte Elektrowerkzeuge, wie Elektrobohrmaschinen, Bohrhämmer, Elektroschrauber o. dgl., verwendet.

Ein derartiger elektrischer Schalter, der aus der DE 41 14 854 A1 bekannt ist, weist ein Schaltergehäuse mit ersten elektrischen Anschlüssen für die elektrische Verbindung zu einer Spannungsversorgung sowie zweiten elektrischen Anschlüssen für die elektrische Verbindung zum Elektromotor auf. Der Schalter besitzt ein manuell vom Benutzer zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung verstellbares Betätigungsorgan, wobei der Elektromotor bei in der Ausgangsstellung befindlichem Betätigungsorgan ausgeschaltet sowie bei nicht in der Ausgangsstellung befindlichem Betätigungsorgan, d.h. bei Betätigung des Betätigungsorgans durch den Benutzer, zu dessen Betrieb eingeschaltet ist. Gegebenenfalls kann der Schalter eine Steuereinrichtung zum Betrieb, und zwar zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors, wie dessen Drehzahl, Drehmoment o. dgl., in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgans besitzen. Desweiteren ist der Schalter mit einer bei der Rückstellung des Betätigungsorgans in die Ausgangsstellung wirkenden Bremsschaltung zur Abbremsung des Elektromotors versehen. Schließlich ist im Schalter noch eine Umkehrschaltung zur Umschaltung der Drehrichtung des Elektromotors angeordnet. Ein ebensolcher elektrischer Schalter ist auch aus der EP 0 489 342 A2 bekannt.

Bei den bekannten Schaltern ist die mechanische Bremsschaltung mittels eines elektromechanischen Schaltkontakts als Bremskontakt realisiert, der im Schaltergehäuse elektrisch vor dem mechanischen Umschalter für die Drehrichtung und den elektrisch danach folgenden Motoranschlüssen angeordnet ist. Dieselbe Anordnung ist prinzipiell auch bei Verwendung einer elektronischen Bremse anstelle des Bremskontakts möglich. Im Normalfall wird der Umschalter für die Drehrichtung des Elektromotors während der Elektromotor ausgeschaltet ist, also stromlos geschaltet. Bei sehr schneller Betätigung der Umkehrschaltung durch den Benutzer, und zwar noch vor Beendigung des Bremsvorgangs, kann es jedoch auch geschehen, daß der Umschaltkontakt der Umkehrschaltung beim Umschalten den induzierten Bremsstrom unterbricht. In diesem Fall läuft der Elektromotor noch, wobei die Bremse aus Sicht des Motors nach dem Umschalter angeordnet ist. Dann schaltet der Umschalter den Elektromotor ungewollterweise wieder ein, da beispielsweise die Sperrdiode durch die erfolgte Umschaltung in Durchlaßrichtung arbeitet. In diesem speziellem Fall ist beim Umschalten der Umschalter somit kein stromloser Schalter. Folglich unterliegt der Umschalter in der Umkehrschaltung, wie die sonstigen unter Strom schaltenden mechanischen Kontakte in elektrischen Schaltern, über dessen Lebensdauer hinweg mechanischem und elektrischem Verschleiß durch Abbrand und/oder Veränderung des Kontaktmaterials. Dieser Verschleiß tritt vor allem durch den abreißenden Lichtbogen beim Ausschalten, aber auch beim Einschalten auf. Der Verschleiß des Kontaktmaterials führt im Laufe der Lebensdauer zu einer Erhöhung des Durchgangs-Widerstandes und damit zu einer eventuell unzulässigen Erwärmung der Kontaktstellen in der Umkehrschaltung. Dies kann bei entsprechend hohen Strömen zu weiterem Verschleiß und/oder Verschweißen der Kontakte führen. Spätestens dann wenn die Kontakte komplett verschlissen sind, führt dies zum Ausfall des Schalters. Hinzu kommt, daß die meisten Umschalter für die Drehrichtung aus Kostengründen in Elektrowerkzeugschaltern in der Art von Schiebeschaltern ausgestaltet sind, welche im Normalfall für stromloses Schalten ausgelegt sind, so daß vor allem die oben genannten Umschaltungen während des Bremsvorgangs für den Umschalter sehr schädlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Schalter derart weiterzuentwickeln, daß der elektrische Verschleiß der mechanischen Kontakte verringert ist, und daß damit insbesondere die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Schaltsicherheit des Schalters erhöht ist. Insbesondere soll auf wirtschaftliche Weise eine Entlastung des Umschaltkontaktes beim Elektrowerkzeugschalter, über den der ganze Strom zum und/oder vom Motor fließt, erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist die Bremsschaltung zwischen den zweiten elektrischen Anschlüssen, also den Motoranschlüssen, sowie der Umkehrschaltung angeordnet. Um den Umschalter für die Drehrichtung vor den hohen Bremsströmen und dem möglichen Aufreißen des Bremsstromes beim schnellen Umschalten zu entlasten, ist also erfindungsgemäß der Bremskontakt beziehungsweise die elektrische Bremse aus Motorsicht elektrisch vor dem Umschalter plaziert. Hierdurch wird der Umschalter durch den Bremsstrom nicht mehr belastet, da er beim Umschaltvorgang nicht mehr vom induzierten Strom durchflossen wird. Geschaffen ist damit ein stromloser Umschaltkontakt beim Umschalten der Drehrichtung durch die motorseitige Anordnung des Bremskontaktes bzw. der elektrischen Bremse in einem elektrischen Schalter für ein Elektrowerkzeug, insbesondere für ein Gleichstrom(DC)-Power-Tool. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In an sich bekannter Art und Weise kann der Schalter eine Steuereinrichtung zum Betrieb des Elektromotors aufweisen. Mit Hilfe der Steuereinrichtung ist somit eine Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors bevorzugterweise in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgan ermöglicht. Beispielsweise kann der Benutzer durch entsprechende manuelle Verstellung des Betätigungsorgans die Drehzahl, das Drehmoment o. dgl. des Elektromotors in der Art einer "Gas-Gebe"-Funktion einstellen.

Der elektrische Schalter kann einen Schaltkontakt für die Spannungsversorgung besitzen, um den Elektromotor von der Spannungsversorgung zu trennen, wenn das Elektrowerkzeug nicht benutzt wird. Hierzu wirkt das Betätigungsorgan bei Bewegung aus der und/oder in die Ausgangsstellung auf den Schaltkontakt zum Betrieb des Elektromotors schaltend ein. Zweckmäßigerweise befindet sich dieser Schaltkontakt zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen, also den Anschlüssen des Schalters zur Spannungsversorgung, sowie der Steuereinrichtung.

In weiterer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen, also den Batterieanschlüssen, sowie der Umkehrschaltung angeordnet sein. In an sich bekannter Weise kann die Bremsschaltung als mechanischer Schaltkontakt zum Kurzschließen des Elektromotors ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, daß die Bremsschaltung als Elektronik für die Kurzschlußbremsung des Elektromotors ausgebildet ist. In diesem Fall ist es im Hinblick auf eine sanfte sowie schonende Abbremsung zweckmäßig, wenn es sich um eine getaktet arbeitende Elektronik handelt.

Die Umkehrschaltung kann mechanische Umschaltkontakte zur wechselweisen Kontaktierung der zweiten elektrischen Anschlüsse, also der Motoranschlüsse, für die Drehrichtungsumkehr des Elektromotors aufweisen. Ebenso ist es möglich, daß die Umkehrschaltung zur elektronisch arbeitenden Drehrichtungsumkehr mit einer Leistungsschaltung versehen ist. Die Leistungsschaltung kann je einen Zweig mit jeweils einem Leistungshalbleiter für den Rechts- sowie den Linkslauf des Elektromotors aufweisen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Umschalter für die Drehrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden kann, da dieser im Normalfall, also beim Umschalten noch während des Bremsvorganges, nicht mehr durch den Bremsstrom belastet wird. Der Aufwand für den Umschalter ist somit verringert, womit diese Einsparung beispielsweise zur Verstärkung und/oder Verbesserung der Bremse beziehungsweise des Bremskontaktes verwendet werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, daß bei sehr schnellem Umschalten kein Verschweißen der Kontakte auftreten kann. Wenn überhaupt, so muß der Umschalter nur noch den Strom einschalten. Ein Aufreißen der Kontakte ist nicht erforderlich, da der Schaltpunkt, an dem der Umschalter offen ist, noch durch die Bremse geschützt ist. Ein solches Einschalten ist dann der Fall, wenn der Bremsvorgang noch nicht abgeschlossen ist, der Bremskontakt aber durch erneutes Drücken des Drückers, also bei Bewegung des Betätigungsorgans durch den Benutzer, schon wieder offen ist und sich der induzierte Reststrom des Motors über die Sperrdiode abbaut, die nach dem Umschalten nun für den Bremsstrom in Durchlaßrichtung arbeitet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

einen elektrischen Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform in schematischer Art,

Fig. 2

einen elektrischen Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsform in schematischer Art

Fig. 3

einen elektrischen Schalter gemäß einer dritten Ausführungsform in schematischer Art und

Fig. 4

schematisch ein Elektrowerkzeug, wobei das Gehäuse des Elektrowerkzeugs teilweise aufgebrochen dargestellt ist.

In Fig. 4 ist ein Elektrowerkzeug 15 mit einem Elektromotor 16 zum Antrieb eines Werkzeugs 17 zu sehen. Es kann sich dabei um ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug handeln. Beispielhaft ist in Fig. 4 eine Akku-Bohrmaschine als Elektrowerkzeug 15 gezeigt, die mit einer Versorgungsspannung aus einem mobilen Energiespeicher 18 in der Art eines Akkus betrieben wird. Selbstverständlich kann es sich bei dem Elektrowerkzeug 15 auch um eine sonstige Elektrobohrmaschine, einen Bohrhammer, einen Elektroschrauber, einen Schleifer, eine Säge, einen Hobel, einen Winkelschleifer o. dgl. handeln.

Im Gehäuse 19 des Elektrowerkzeugs 15 ist ein elektrischer Schalter 1 mit einem Gehäuse 2 angeordnet. Der Schalter 1 ist derart im Gehäuse 19 des Elektrowerkzeugs 15 aufgenommen, daß ein manuell vom Benutzer bewegbares Betätigungsorgan 5 des Schalters 1 aus dem Gehäuse 19 herausragt. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, wie in Fig. 1 zu sehen ist, in das mit B1, B2 bezeichnete, erste elektrische Anschlüsse 3 für die elektrische Verbindung zur Spannungsversorgung 18 fuhren. Der Schalter 1 ist vorliegend für ein Akku-Elektrowerkzeug bestimmt, womit die Batterie-Pole B1, B2 am Energiespeicher 18 mit den entsprechenden Anschlüssen 3 verbindbar sind. Am Gehäuse 2 des Schalters 1 sind weiter mit M1, M2 bezeichnete, zweite elektrische Anschlüsse 4 für die in Fig. 4 sichtbare elektrische Verbindung zum Elektromotor 16 angeordnet.

Desweiteren umfaßt der Schalter 1 das manuell vom Benutzer zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung verstellbare Betätigungsorgan 5. Befindet sich das Betätigungsorgan 5 in der Ausgangsstellung, so ist der Elektromotor 16 ausgeschaltet. Wird hingegen das Betätigungsorgan 5 vom Benutzer entsprechend bewegt, so daß das Betätigungsorgan 5 außerhalb der Ausgangsstellung, also nicht mehr in der Ausgangsstellung befindlich ist, so ist der Elektromotor 16 eingeschaltet. Zu diesem Zwecke besitzt der Schalter 1 ein Kontaktsystem mit einem in Fig. 4 schematisch gezeigten Schaltkontakt 20, auf den das Betätigungsorgan 5 bei Bewegung aus der und/oder in die Ausgangsstellung dementsprechend schaltend einwirkt, so daß die Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher 18 für das Elektrowerkzeug 15, und zwar insbesondere zum Betrieb des Elektromotors 16, mittels des Betätigungsorgans 5 vom Benutzer ein- und/oder ausschaltbar ist.

Vorliegend dient der Schalter 1 auch zum benutzergemäßen Betrieb des Elektromotors 16, und zwar zur Einstellung von dessen Drehzahl, Drehmoment o. dgl., wozu im Gehäuse 2 des Schalters 1 eine als Elektronik ausgestaltete Steuereinrichtung 6 zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 16 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 6 betreibt den Elektromotor in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgans 5, das wiederum vom Benutzer entsprechend bewegt wird. Bei Rückstellung des Betätigungsorgans 5 in die Ausgangsstellung, also wenn der Benutzer das Betätigungsorgan 5 losläßt, wirkt eine Bremsschaltung 7 zur Abbremsung des Elektromotors 16. Schließlich ist im Gehäuse 2 des Schalters 1 noch eine Umkehrschaltung 8 zur Umschaltung der Drehrichtung des Elektromotors 16 befindlich, womit mittels der Umkehrschaltung 8 vom Benutzer zwischen Rechts- und Linkslauf des Elektromotors 16 gewählt werden kann. Zur Auswahl der Drehrichtung des Elektromotors 16 betätigt der Benutzer ein am Gehäuse 19 des Elektrowerkzeugs 15 befindliches, in Fig. 4 gezeigtes Betätigungselement 21 in der Art eines Schiebers, das dementsprechend auf die Umkehrschaltung 8 einwirkt.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist der Schaltkontakt 20 zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 3 sowie der Steuereinrichtung 6 befindlich. Wie man anhand der Fig. 1 weiter erkennt, ist die Bremsschaltung 7 in elektrischer Sicht zwischen den zweiten elektrischen Anschlüssen 4 sowie der Umkehrschaltung 8 angeordnet. Die Steuereinrichtung 6 ist zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 3 sowie der Umkehrschaltung 8 angeordnet.

Die Bremsschaltung 7 ist gemäß Fig. 1 als mechanischer Schaltkontakt 9 zum Kurzschließen des Elektromotors 16 ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung, die in Fig. 2 zu sehen ist, ist die Bremsschaltung 7 als Elektronik 10 für die Kurzschlußbremsung des Elektromotors 16 ausgebildet. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um eine getaktet arbeitende Elektronik 10, um ein sanftes Abbremsen zu ermöglichen. Entsprechend der Fig. 1 oder Fig. 2 weist die Umkehrschaltung 8 mechanische Umschaltkontakte 11, 12 zur wechselweisen Kontaktierung der zweiten elektrischen Anschlüsse 4 für die Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 16 auf. In einer anderen Ausgestaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Umkehrschaltung 8 als eine Schaltung zur elektronisch arbeitenden Drehrichtungsumkehr ausgestaltet. Hierfür weist die Umkehrschaltung 8 je einen Zweig 13, 14 für den Rechtssowie den Linkslauf des Elektromotors 16 auf. Der jeweilige Zweig 13, 14 wird mittels einer einen Leistungshalbleiter umfassenden Leistungsschaltung, die vorliegend in der Steuereinrichtung 6 angeordnet ist, mit Spannung versorgt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein solcher elektrischer Schalter nicht nur für sämtliche Gleichstrom(DC)-Werkzeugschalter für DC-Powertools, insbesondere Drills, Bohrschrauber, Sägen, Hämmer, Schlagschrauber o. dgl., Verwendung finden sondern auch für sonstige DC-Anwendungen außerhalb des Powertool-Segmentes eingesetzt werden. Desweiteren läßt sich der elektrische Schalter auch bei mit Wechselstrom (AC) betriebenen Elektrogeräten vorteilhaft einsetzen.

Bezugszeichen-Liste:

1:

(elektrischer) Schalter

2:

Gehäuse (von Schalter)

3:

(erster elektrischer) Anschluß

4:

(zweiter elektrischer) Anschluß

5:

Betätigungsorgan

6:

Steuereinrichtung

7:

Bremsschaltung

8:

Umkehrschaltung

9:

(mechanischer) Schaltkontakt (für Bremsschaltung)

10:

Elektronik (für Bremsschaltung)

11,12:

(mechanischer) Umschaltkontakt) (für Umkehrschaltung)

13,14:

Zweig (für Umkehrschaltung)

15:

Elektrowerkzeug

16:

Elektromotor

17:

Werkzeug

18:

Energiespeicher / Spannungsversorgung

19:

Gehäuse (von Elektrowerkzeug)

20:

Schaltkontakt

21:

Betätigungselement (für Umkehrschaltung)